差動増幅器

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  • 差分放大器     
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差動増幅器とは、特性の等しい二つのトランジスタのエミッタを共通に接続し、この二つのトランジスタのベースに加えられた電圧差を増幅する差動増幅回路を初段とする増幅器のことである(図1)。

通常は、下図の差動出力をさらに増幅して出力し、負帰還をかけて使用する。
IC化された、いわゆるOPアンプが高性能かつ安価に入手できる。
差動増幅器の二つの入力信号が同じならば、(差動)出力はほぼゼロとなる。すなわち、入力の同相分ノイズは大幅に減衰し、信号分だけが増幅されることになる(図2)。
この同相分ノイズを小さくする能力をCMRRという。(用語集:CMRR

図1 差動増幅回路
図2 各部の波形

差動増幅器(OPアンプ)に負帰還をかけたときの利得は次の式で示される。

図3において
e = ei – β・ eo
e・Ao = eo

両式から出力電圧 eo

ここで、Ao ・β が 1 より非常に大きいとすると
eo = ei ÷ β

と見なすことができ、負帰還をかけたときの利得 A は

となり、利得は β の値で決まる。

図3 負帰還回路の例

Topics  低雑音差動増幅器

図1の回路で良好な差動特性を得るには、二つのトランジスタのマッチングが非常に重要です。このため、実用回路では全体をIC化したり、デュアルトランジスタを用いたり、または個別部品を厳しく選別して組み合わせています。
特性の揃っていない個別トランジスタでも、負帰還技術によって強引にバランスさせて良好な差動特性を実現することもできます(図4)。
当社のSA-420F5、SA-421F5、SA-430F5は、上記方法を用いて世界最高水準の低雑音特性を実現しています。

図4 特性のそろわない個別部品でも良好な差動特性が得られる
写真1 入力換算雑音0.5nV/√Hzを実現した差動FET増幅器:SA-421F5の内部

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